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| Home > Publications database > Die elektrische Leiter und Antennen für 2mm Mikrowelleninterferometer hoher räumlicher Auflösung zur Dichtemessung an Plasmen |
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| Book/Report | FZJ-2017-03955 |
1967
Kernforschungsanlage Jülich, Verlag
Jülich
Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/14596
Report No.: Juel-0473-PP
Abstract: Bei zahlreichen Experimenten in der Plasmaphysik wird die Aufgabe gestellt, die räumliche Verteilung der Elektronendichte in Plasmen zu bestimmen, die einen starken Dichtegradienten aufweisen. Dazu kann eine direkte, lokale Messung der Elektronendichte notwendig sein. Die Bestimmung von n aus der Phasenverschiebung elektromagnetischer Wellen ist ein geeignetes Verfahren. Nachdem man Mikrowellengeneratoren hoher Leistung bis herab zu Wellenlängen von 1 mm - entsprechend "cut-off "-Dichten von 10$^{15} cm^{-3}$ - herstellen kann, erschien es sinnvoll, diese Aufgabe mit Hilfe eines Mikrowelleninterferometers zu lösen. Werden bei einem Mikrowelleninterferometer Sende- und Empfangsantenne außerhalb eines Plasmas angeordnet, dessen Dichteverteilung sehr ungleichförmig ist, so wird die erzielbare räumliche Auflösung durch zwei Umstände begrenzt: 1. Es wird über den gesamten Weg der Welle durch das Plasma integriert. Falls die Durchstrahlungsrichtung mit dem Dichtegradienten zusammenfällt, ist eine räumliche Auflösung in dieser Richtung nur schwer möglich. 2. Die Querabmessungen des Strahlungsbündels werden bei Mikrowellen häufig durch die Beugung beherrscht /1/ (Bild 1). Brauchbar sind Antennen, die am Meßort entweder viele (N > 10) oder sehr wenige (N < 1) Fresnelzonen N exponieren. Die Bedingung N > 10 bringt Verhältnisse wie in der geometrischen Optik, führt aber zu sehr großen Bündelabmessungen (A >> $\lambda$). Das Einhalten der Bedingung N < 1, d.h. das Arbeiten im Antennenfernfeld, führt bei kleiner Antennenfläche (A $\thicksim \lambda$) zu sehr guter räumlicher Auflösung, bedingt aber bei den erforderlichen großen Antennenabständen (R >> $\lambda$) eine außerordentlich hohe Dämpfung der zu übertragenden Welle. Die Breite des Fraunhofer'schen Beugungsmaximums wird nämlich um so größer, je kleiner A/$\lambda$ wird. Diese Schwierigkeiten kann man leicht umgehen, wenn man Mikrowellenleitungen durch das Plasma unmittelbar bis zum interessierenden Volumenelement hinführt. Um die Querabmessung desWellenleiters zu verkleinern, kann es sinnvoll sein, streckenweise dielektrische Wellenleiter zu verwenden. Besonders geeignet für diesen Zweck sind wegen der elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften Quarzstäbe. Bei geeigneter Dimensionierung kann man damit sowohl eine weitestgehende Leistungskonzentration im Stab als auch Dämpfungswerte erzielen, die denen der Hohlleitungen für kurze Millimeterwellen vergleichbar sind. Die Verwendung möglichst kleiner Wellenlängen empfiehlt sich wegen der damit erzielbaren hohen cut-off-Dichte und der guten räumlichen Auflösung.
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